Respiračné ochorenia u pracovníkov exponovaných kovoobrábacím kvapalinám

Souhrn

Kovoobrábacie kvapaliny sú komplexné zmesi olejov, vody a chemických aditív používané na zníženie tepla a trenia a na odstránenie kovových častíc v procese obrábania kovov. Aerosól vznikajúci pri procese obrábania kovov predstavuje riziko pre rozvoj viacerých respiračných ochorení, z ktorých v súčasnosti najväčší význam majú alergické ochorenia. Cieľom práce je preto zosumarizovať poznatky týkajúce sa profesionálnej hypersenzitívnej pnemonitídy a bronchiálnej astmy navodenej kovoobrábacími kvapalinami. Na jednotlivých pracoviskách sa môžu vyskytovať sporadické prípady ochorení, ale typický je aj hromadný výskyt, ktorý je najčastejšie popisovaný v automobilovom priemysle. Značný nárast prípadov hypersenzitívnej pneumonitídy v posledných dvoch desaťročiach v niektorých krajinách západnej Európy je dobre zdokumentovaný viacerými štúdiami. Prevalencia astmy však môže byť v porovnaní s hypersenzitívnou pneumonitídou ešte vyššia. V etiopatogenéze hypersenzitívnej pneumonitídy sa uplatňuje predovšetkým mikrobiálna kontaminácia kovoobrábacích kvapalín, kde vodná zložka predstavuje vhodné prostredie pre množenie širokého spektra mikroorganizmov. Ide predovšetkým o grampozitívne i gramnegatívne baktérie a mykobaktérie. V niektorých prípadoch majú význam aj plesne. Astma je navodená skôr biocídnymi aditívami a endotoxínom uvoľňujúcim sa z poškodenej bakteriálnej steny. Senzibilizovať môžu tiež kovy uvoľnené do kvapalín počas obrábania. Prevencia je náročná, keďže je prakticky nemožné vykonať úplnú dekontamináciu kvapalín. Vyčistenie potrubí a výmena kvapalín má iba krátkodobý efekt. Na druhej strane biocídne prostriedky podporujú rast rezistentných mikroorganizmov a tiež môžu senzibilizovať. Riziko je možné znížiť zmenou výrobnej technológie, ktorá eliminuje potrebu recirkulácie kovoobrábacích kvapalín.

Klíčová slova:

astma– hypersenzitívna pneumonitída – kovoobrábacie kvapaliny – mikroorganizmy – respiračné ochorenia

ÚVOD

Kovoobrábacie kvapaliny (metal working fluids – MWF) sú komplexné zmesi olejov, vody a chemických aditív používané na zníženie tepla a trenia a na odstránenie kovových častíc v procese obrábania kovov. Na základe zloženia sa rozdeľujú do niekoľkých skupín: oleje (minerálne, rastlinné, syntetické, parafínové), emulzie (emulzia oleja a vody), polosyntetické (nižšia koncentrácia čistého oleja ako emulzifikovaného oleja) a syntetické (neobsahujú olej). V minulosti boli v priemysle využívané neemulzifikované minerálne oleje. Od sedemdesiatych rokov minulého storočia však boli do značnej miery nahradené emulzifikovanými, polosyntetickými alebo syntetickými MFW [28]. Na možné negatívne pôsobenie aerosólu MWF na respiračný systém poukázal Jones v roku 1961 [16]. Túto hypotézu potvrdil začiatkom 80 tych rokov Cullen, kde u 5 pracovníkov valcovne exponovaných MFW bola diagnostikovaná lipoidná pneumónia [8]. V ďalších rokoch bola popísaná súvislosť aj s inými respiračnými ochoreniami ako hypersenzitívna pneumonitída a astma, a tiež symptómy z iritácie horných a dolných dýchacích ciest. Navyše expozícia predovšetkým ropným MWF je spojená s nádorovými a kožnými ochoreniami. S náhradou ropných MWF za MWF na vodnej báze však význam nadobúdajú predovšetkým alergické respiračné ochorenia [27]. Preto cieľom tejto prehľadovej práce je zosumarizovať poznatky týkajúce sa profesionálnej hypersenzitívnej pnemonitídy a bronchiálnej astmy navodenej MWF. Práca nerozoberá ochorenia komplexne, ale zameriava sa na špecifiká ochorení v súvislosti s expozíciou MWF.

PROFESIONÁLNA EXPOZÍCIA A VPLYV NA RESPIRAČNÝ SYSTÉM

Napriek tomu, že kovy sú v súčasnosti často nahrádzané plastovými materiálmi, obrábanie kovových dielov však zostáva stále bežnou činnosťou. Len v USA je približne 1,2 miliónov pracovníkov exponovaných MWF. Pracovné procesy, pri ktorých sú využívané MWF, zahŕňajú obrábanie kovov, kovanie a razenie. Kovové kusy je potrebné rezať, vŕtať, tvarovať a vyhladzovať. Na uľahčenie týchto procesov sa používajú MWF. Dochádza tak k tvorbe aerosólu, ktorému je pracovník priamo vystavený. Tekutiny sa zachytávajú v zberných nádobách okolo obrábacích strojov a po odfiltrovaní kovových častíc sa opätovne používajú v procese obrábania. V súčasnosti sú používané tri typy MWF na vodnej báze [28]. Vodná zložka však predstavuje vhodné prostredie pre mikrobiálnu kolonizáciu, preto sa do týchto druhov MWF pridávajú biocídne prípravky spolu s inhibítormi korózie, detergentmi, deodorantmi a ďalšími aditívami [6]. Napriek tomu úplnú dekontamináciu prakticky nie je možné dosiahnuť. S opakovaným používaním preto dochádza v zberných nádobách a v potrubiach k pomnoženiu mikroorganizmov a vzniku biofilmu. Biofilm vzniká akumuláciou mikroorganizmov (baktérie, plesne, prvoky a bakteriofágy). Pevne prilieha na povrchy a je ho veľmi ťažké odstrániť [28]. Biocídne aditíva, ktoré sú potenciálne sami o sebe toxické, síce vedú k inhibícii rastu mikroorganizmov, ale aj k akumulácii mikrobiálnych zvyškov. Z poškodenej bakteriálnej steny sa uvoľňuje endoxín, ktorý je senzibilizujúci a zhoršuje pľúcne funkcie. Okrem toho niektoré chemické prísady MWF, ako sú mastné kyseliny z talového oleja, deriváty kolofónie, dietanolamín, biocídne prípravky uvoľňujúce formaldehyd, sú dráždivé alebo senzibilizujúce [24].

KONCENTRÁCIE MWF V PRACOVNOM PROSTREDÍ

Pred rokom 1972 bola podľa štandardov OSHA (Occupational Safety and Health Agency tj. Agentúra pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci) najvyššia povolená koncentrácia MWF v pracovnom ovzduší 5 mg/m³. Táto hodnota nebola stanovená kvôli minimalizácii zdravotných rizík, ale z dôvodov technických. Pri koncentrácii vyššej ako 5 mg/m³ totiž dochádza ku kondenzácii kvapalín na stenách a stropoch hál. V roku 1998 vydal NIOSH (National Institute for Occupational Safety) odporúčanie, že najvyššia povolená koncentrácia by sa mala znížiť na 0,5 mg/m³ [19]. Park v prehľadovej práci uvádza, že kým pred rokom 1970 boli na jednotlivých pracoviskách priemerné koncentrácie 5,4 mg/m³, v priebehu nasledujúcich desaťročí dochádzalo k postupnému poklesu. V sedemdesiatych rokoch už bola priemerná koncentrácia MWF len 2,5 mg/m³, v osemdesiatych rokoch 1,2 mg/m³. V deväťdesiatych rokoch a po roku 2000 práce udávajú zníženie hodnôt na 0,5 mg/m³ [23]. Vo viacerých krajinách je však tendencia tieto hodnoty ešte výraznejšie redukovať. Napríklad v Škandinávii sú vo väčšina spoločností namerané hodnoty pod 0,2 mg/m³ [30]. Nedávna štúdia potvrdila, že už koncentrácia MWF 0,1 mg/m³ predstavuje riziko pre vznik astmy a hypersenzitívnej pneumonitídy [24]. Pozitívne zníženie priemerných koncentrácií MWF v priebehu desaťročí je do značnej miery spôsobené nižším zastúpením minerálneho oleja v polosyntetických a syntetických kvapalinách na spracovanie kovov. Vyššie koncentrácie MWF sa typicky vyskytujú v automobilovom priemysle, kde je dokonalé brúsenie neoddeliteľnou súčasťou výroby. Počas brúsenia totiž dochádza k väčšej tvorbe aerosólu ako počas ostatných operácií [6].

MIKROORGANIZMY KONTAMINUJÚCE MWF

Mikrobiálna kontaminácia MWF na báze vody predstavuje závažný problém v automobilovom, hutníckom a strojárskom priemysle. Ide predovšetkým o pomnoženie baktérií, tak grampozitívnych i gramnegatívnych a mykobaktérií. V niektorých prípadoch majú význam aj plesne. V tabuľke 1 sú uvedené typické mikroorganizmy kontaminujúce MWF, ktoré Trafny uvádza vo svojej práci [34] (tab. 1). Spektrum však môže byť ešte širšie, čo potvrdzujú aj iné štúdie, ktoré budú uvedené neskôr. V našej doteraz nepublikovanej štúdii sme okrem bežne popisovaných mikroorganizmov, potvrdili nález gramnegatívnej fakultatívne anaeróbnej tyčinky Eikenella corrodens, ktorá sa v dostupnej literatúre nespomína.

O tom, ktorý druh mikroorganizmov bude v MWF prevládať, závisí od kovu, ktorý sa opracováva a tiež od zloženia kvapaliny. Na túto skutočnosť poukázala francúzska štúdia, kde autori porovnávali automobilový priemysel oproti iným metalurgickým fabrikám. Obrábanie kovov obsahujúcich chróm, nikel a železo stimulovalo rast gramnegatívnych baktérií. V automobilovom priemysle, kde tieto kovy neboli používané, bola zaznamenaná prevaha grampozitívnych baktérií. Významná mykobaktéria kontaminujúca MWF, Mycobacterium immunogenum, bola zistená predovšetkým v automobilovom priemysle. Grampozitívne baktérie boli detegované najmä v rastlinných olejoch, kdežto minerálne oleje podporovali rast gramnegatívnych baktérií. Syntetické oleje MWF vykazovali najnižšiu mikrobiálnu kontamináciu [21].

HYPERSENZITÍVNA PNEUMONITÍDA

Hypersenzitívna pneumonitída (HP) je imunitne sprostredkované ochorenie, ktoré u predisponovaných jedincov vyvoláva veľké množstvo organických a neorganických antigénov [35]. Tieto agensy je možné v zásade rozdeliť na baktérie, plesne, živočíšne (glyko) proteíny, rastlinné (glyko)proteíny, nízkomolekulové chemikálie a kovy [22]. Mnohé sa vyskytujú aj v pracovnom prostredí. Z historického hľadiska najčastejšími etiologickými faktormi HP boli termofilné aktinomycéty (farmárske pľúca) a antigény vtákov pri profesionálnej alebo domácej expozícií (pľúca chovateľov vtákov). V posledných dvoch desaťročiach však čoraz väčší význam nadobúdajú MWF. Značný nárast je pozorovaný najmä v Spojenom kráľovstve, kde už viac ako polovica všetkých prípadov HP je navodená MWF, zatiaľ čo do roku 2004 to bolo len 5 % [3]. Na jednotlivých pracoviskách sa môžu vyskytovať sporadické prípady. Typický je však aj hromadný výskyt prípadov (v zahraničnej literatúre používaný výraz „ohnisko“), kde v priebehu pomerne krátkeho obdobia je postihnutých aj niekoľko desiatok exponovaných pracovníkov. Ohnisko HP navodenej MWF prvýkrát popísal v roku 1995 v Bernstein u 6 pracovníkov v Michigane v závode na výrobu komponentov do automobilov po expozícii polosyntetickým kvapalinám. Ochorenie nazval ako „pľúca obrábačov kovov“ [4]. Je však potrebné poznamenať, že pravdepodobne prvá zmienka poukazujúca na súvislosť medzi HP a MWF kontaminovaných mykobaktériami bola publikovaná vo forme abstraktu už v roku 1993 [20]. Nové poznatky o danom ochorení je možné efektívne získať štúdiom „ohnísk“. Rozsiahla prehľadová práca analyzuje 27 štúdií popisujúcich „ohniská“ HP a profesionálnej astmy (v 9 štúdiách spolu s kožnými ochoreniami) navodenej MWF medzi rokom 1990 až októbrom 2011. Až 81 % publikovaných štúdií pochádzalo z USA, 11 % zo Spojeného kráľovstva a 4 % z Francúzka a Chorvátska. Väčšina ohnísk sa vznikla v automobilovom (63 %) a leteckom, prípadne kozmickom (15 %) priemysle. V 73 % prípadov išlo o veľké fabriky. Respiračné ochorenia sa vyvinuli priemerne u 5,6 % (0,3–37,5 %) exponovaných pracovníkov. Ochorenia boli spôsobené všetkými typmi MWF. Najmenšie riziko predstavovala expozícia syntetickým MWF. Dôležitým zistením bol tiež fakt, že vo väčšine prípadov najvyššie expozičné limity neboli prekročené [7]. Niektoré štúdie, ktoré popisovali „ohniská“ HP, sú uvedené v tabuľke 2 (tab. 2). Ohniská HP boli popísané tak pri masívnej kontaminácii MWF, ako aj v prípadoch, kde mikroorganizmy neboli detegované [7].

Klinikou pracovného lekárstva a klinickej toxikológie v Košiciach bol v posledných rokoch zachytený hromadný výskyt HP u pracovníkov v závode na montáž kompresorov, kde bolo približne 400 pracovníkov priamo exponovaných MWF. Od roku 2017 do roku 2020 v tomto závode bola HP potvrdená u 26 pracovníkov, pričom ďalšie prípady sú ešte v štádiu riešenia. Kultiváciou MWF bola zistená kontaminácia MWF širokým spektrom grampozitívnych i gramnegatívnych baktérií a plesňami. Mykobaktérie neboli prítomné. V prípade hromadného výskytu HP je diagnostika pomerne jednoduchá. Pri sporadických prípadoch je však často ochorenie prehliadnuté, prípadne nesprávne diagnostikované, pričom môže byť zamenené napríklad za atypickú pneumóniu alebo astmu. Typické príznaky HP zahŕňajú kašeľ, dyspnoe a horúčku, pacienti môžu tiež uvádzať celkovú slabosť a úbytok hmotnosti. Z pomocných a zobrazovacích vyšetrení je na HRCT pľúc typická prítomnosť opacít mliečneho skla. Funkčné vyšetrenie pľúc vykazuje reštrikčnú ventilačnú poruchu a zníženie difúznej kapacity. Typická je remisia po vyradení z expozície. Diagnózu podporuje aj prítomnosť lymfocytózy v bronchoalveolárnej laváži (> 20 %). V rámci diferenciálnej diagnostiky je niekedy nutné vykonať biopsiu s následným histologickým vyšetrením [2]. Aj v prípadne správne stanovej diagnózy HP, môže byť komplikované potvrdenie profesionality ochorenia. Ide predovšetkým o prípady, keď je etiologický agens neznámy. Typicky používané vyšetrenie precipitínov je v zahraničnej literatúre považované za kontroverzné. Pozitivita precipitínov je síce senzitívnym markerom expozície danému agensu, sama o sebe nemusí odlíšiť pacientov s HP od zdravých exponovaných pracovníkov [6]. Vyšetrenie je však dôležité pre potreby identifikáciu agensu. Antigény je potrebné pripraviť priamo z materiálu získaného z pracovného prostredia. Vzhľadom na široké spektrum MWF kontaminujúcich mikroorganizmov štandardné komerčne dostupné sety obvykle vyvolávajúcu noxu neidentifikujú. Použitím „a la carte“ pripravených antigénov priamo zo vzoriek MWF je však veľká pravdepodobnosť identifikácie agensu [35]. Jedinou metódou, ktorá prakticky s určitosťou potvrdí kauzalitu ochorenia, je špecifický provokačný test. Hoci sa využíva predovšetkým v diagnostike astmy a rinitídy, je tiež dlhodobo zavedený do praxe aj v prípade HP [12]. V rámci diferenciálnej diagnostiky je treba myslieť aj na chorobu z tvrdokovov. Tá sa môže vyskytnúť pri používaní nástrojov obsahujúcich kobalt a kobaltové zliatiny, ktoré sa tiež môžu dostať do MWF počas pracovných procesov. V histologickom obraze sú prítomné obrovské bunky, ktoré vykazujú isté odlišnosti od HP. V lavážnej tekutine nie je typická lymfocytóza ale mnohojadrové makrofágy. V moči alebo sére je možné detegovať zvýšené hodnoty kobaltu [18].

PROFESIONÁLNA ASTMA

Profesionálna astma je najčastejším profesionálnym ochorením dýchacieho systému v priemyselne vyspelých krajinách. Prevalencia výskytu profesionálnej bronchiálnej astmy vo svete je 2–15 % z diagnostikovaných prípadov, údaje však nie sú jednotné. Často citovaná štúdia uvádza, že súvislosť s profesionálnou expozíciou a bronchiálnou astmou bola potvrdená u 17,6 % pacientov [33]. V rámci expozície MWF sa väčšina štúdií zameriavala na hypersenzitívnu pneumonitídu. Niektoré údaje však poukazujú dokonca na vyššiu prevalenciu astmy v porovnaní s HP. V starších prácach z regiónu West Midlands v Anglicku i z amerického Michiganu boli MWF po izokyanátoch druhou najčastejšou príčinou profesionálnej astmy (zhodne 11 % prípadov) [1, 26]. Na našej klinike sme od roku 1980 hlásili profesionálnu astmu indukovanú MWF u troch pacientov, z toho 2 prípady boli potvrdené práve vo vyššie spomínanom závode s hromadným výskytom HP. Mikroorganizmy na rozdiel od HP sa významnejšie nepodieľajú na rozvoji astmy. Potvrdzuje to štúdia Robertsona, kde špecifický provokačný test vykazoval pozitivitu len na chemické aditíva, nie na kontaminované MWF [25]. Jednotlivé kazuistiky potvrdili precitlivenosť na biocídny prostriedok 4,4-metylén- bismorfolín (37), talový olej (tzv. tekutá kolofónia) a zlúčeniny etanolamínu. Vyššia prevalencia astmy bola v prípade expozície polosyntetickým a syntetickým MWF, čo kontrastuje s prípadmi HP [28]. Diagnostika profesionálnej astmy navodenej MWF je podobná ako v prípade astmy navodenej inými chemickými látkami. Základným predpokladom pre postavenie správnej diagnózy je anamnéza symptómov v súvislosti s pracovnou expozíciou a fyzikálne vyšetrenie vrátane funkčného vyšetrenia pľúc. Potvrdenie profesionality je náročné najmä z dôvodu nedostupnosti štandardných alergénov na realizáciu kožných testov, ani IgE a IgG protilátok. Nešpecifickým bronchoprovokačným testom je možné iba potvrdiť alebo vylúčiť astmu [31]. Väčší význam má realizácia sériových bronchoprovokačných testov, kde počas práceneschopnosti je predpoklad negatívneho bronchoprovokačného testu. Naopak po opätovnej expozícií sa bronchiálna hyperreaktivita zvýrazní [17]. Štandardne používaný je aj sériový monitoring PEF (peak expiratory flow). Je ho možné tiež použiť aj v diagnostike HP. Sériové monitorovanie PEF však samo o sebe astmu a HP nedokáže odlíšiť [5]. Do úvahy je potrebné zobrať aj fakt, že senzibilizovať môžu aj kovy ako kobalt a nikel uvoľnené do MWF. Preto ďalšou možnosťou je aj realizácia epikutánnych testov. Za zlatý štandard sa však považuje špecifický provokačný test.

OSTATNÉ RESPIRAČNÉ OCHORENIA

Z ďalších respiračných ochorení prichádza do úvahy profesionálna rinitída, ktorá má podobnú etiopatogenézu ako profesionálna astma. V tomto prípade platí teória „united airways“. V práci Robertsona boli okrem HP a astmy u niekoľkých pracovníkov diagnostikované pľúca z klimatizačných zariadení a zvlhčovačov [25]. V minulosti popisované prípady lipoidnej pneumónie sa v súčasnosti už nevyskytujú. Súvisí to s minimalizáciou používania neemulzifikovaných minerálnych olejov. Z histórie je možné spomenúť aj súvislosť medzi expozíciou MWF a Pontiackou horúčkou. Hromadný výskyt ochorenia sa vyskytol v roku 1981 u 317 pracovníkov automobilového závodu Ford v Kanade. Vyvolávajúcim agensom bola emulzifikovaná MWF, ktorá bola závažne kontaminovaná Legionellou feeleii [13]. Z onkologických ochorení bola potvrdená súvislosť medzi expozíciou minerálnym olejom a karcinómom hrtanu [28].

PREVENTÍVNE OPATRENIA

Prevencia respiračných ochorení je pomerne náročná. Je prakticky nemožné vykonať úplnú dekontamináciu MWF na vodnej báze. Výmena kvapalín a vyčistenie potrubí má iba krátkodobý efekt. Veillette et al. v prospektívnej štúdii potvrdili veľmi rýchlu opätovnú kolonizáciu MWF, pričom mykobaktérie a stafylokoky detegovali už po 12 hodinách od výmeny kvapalín [36]. Na druhej strane masívne aplikácia biocídnych prostriedkov podporuje rast rezistentných mikroorganizmov, a tiež predstavuje riziko pre rozvoj profesionálnej astmy. Riziko ochorení je možné znížiť zmenou výrobných procesov. V prvom rade je potrebné vyvinúť technológiu, ktorá eliminuje potrebu recirkulácie MWF. V prípade niektorých zliatin je možné použiť tiež suché opracovávanie [6]. V rámci sekundárnej prevencie je dôležitý pravidelný monitoring pracovníkov a spolupráca praktických lekárov, pneumológov a špecializovaných pracovno-lekárskych pracovísk. Základným predpokladom pre úspešný manažment a prognózu pacienta je skoré vyradenie pracovníka z expozície.

ZÁVER

Obrábanie kovov pomocou kovoobrábacích kvapalín je proces, ktorý sa bežne využíva v mnohých výrobných odvetviach. Aerosól MWF však predstavuje riziko pre rozvoj tak hypersenzitívnej pneumonitídy, ako aj bronchiálnej astmy. Zatiaľ čo v etiopatogenéze HP sa uplatňuje predovšetkým mikrobiálna kontaminácia MWF, astma je navodená skôr aditívami, prípadne kovmi uvoľnenými do MWF počas obrábania. V klinickej praxi je pri podozrení na obe ochorenia nutné v rámci pracovnej anamnézy pátrať po prípadnej expozícii MWF. Identifikácia agensu a vyradenie pacienta z pracovného prostredia je prvým krokom v terapeutickom algoritme.

Do redakce došlo dne 8. 10. 2021.

Do tisku přijato dne 21. 10. 2021.

Adresa pro korespondenci:

doc. MUDr. Slavomír Perečinský, PhD.

Klinika pracovného lekárstva a klinickej toxikológie,

LF UPJŠ a UN LP

Rastislavova 43

041 90 Košice

Slovenská republika

e-mail: slavomir.perecinsky@upjs.sk